L'hydrogène : Photosynthèse artificielle et carburant propre

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Mis à jour le Sun Aug 29 2021

Dans le dernier chapitre, nous avons vu que les batteries nous permettent de remplacer 71% des carburants à base de pétrole par de l'électricité. Ceci est valable pour les voitures, les camions et autres transports terrestres, mais les batteries ne peuvent pas contenir assez d’énergie par kg pour que les avions ou les navires soient électriques.

L'hydrogène peut aider ici et, une fois qu'il sera moins cher, il pourrait également être utilisé dans les voitures! Comment ? L'hydrogène contient 128 fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion par kilogramme.

Énergie spécifique de l'hydrogène et des batteries lithium-ion

Dans la nature, l'hydrogène (H) apparaît généralement comme une paire de deux atomes (H₂). Ceci est également vrai pour l'oxygène (O₂).

L'eau (H₂O) est faite d'hydrogène et d'oxygène. Tu n'as probablement jamais vu l'eau se diviser en H₂ et O₂, n'est-ce pas ? Ceci est dû au fait que l'eau est un composé stable. Diviser H₂O nécessite de l'énergie. Par conséquent, nous pouvons stocker de l'énergie en divisant l'eau (2H₂O) en 2H₂ et O₂, et plus tard récupérer cette énergie en les rapprochant.

Du combustible à partir de l'eau ?

L'idée est simple : utiliser de l'électricité propre (à partir d'énergies renouvelables ou nucléaires) pour diviser l'eau par un processus appelé électrolyse.

Électrolyse

Ensuite, nous pouvons retransformer H₂ en électricité en utilisant ce que l'on appelle une pile à combustible à hydrogène :

Pile à combustible à hydrogène

Comment l'hydrogène est-il produit aujourd'hui ?

La demande d'hydrogène a fortement augmenté depuis 1975. Et, parce que l'hydrogène aujourd'hui est fait à partir de gaz naturel, le produire cause 2% des émissions mondiales de CO₂!

Pourquoi utiliser du gaz au lieu des énergies renouvelables ? Le coût. Mais grâce à l'innovation et au déploiement accru de l'énergie solaire et éolienne, nous pourrions réduire de beaucoup ces coûts :

Le prix de l'hydrogène

Que faut-il changer ?

Une meilleure efficacité de l'électrolyse : Plus il y a d'hydrogène par unité d'énergie, mieux c'est !

Un meilleur rendement de compression : Chaque unité d'énergie que nous consacrons à la compression est essentiellement gaspillée, mais nous avons besoin de compresser l'hydrogène pour l'installer dans des réservoirs. C'est un gaz, après tout.

Meilleur rendement des piles à combustible : Plus on obtient d'énergie pour chaque kilogramme d'hydrogène, mieux c'est.

Une électrolyse moins coûteuse : L'énergie n'est qu'une partie du coût de l'hydrogène. Les électrolyseurs doivent devenir 20 à 50% moins chers pour remplir la prédiction du graphique que nous avons montré précédemmentH2_4].

Infrastructure : Les gaz sont difficiles à transporter. Pour éviter l'énorme coût initial associé à la construction de pipelines, l'hydrogène pourrait être produit à proximité de l'endroit où il est utilisé. Il s'agit d'un compromis, car la construction de nombreux petits électrolyseurs serait probablement plus coûteuse que celle de quelques gros.

La photosynthèse artificielle peut-elle aider ?

Efficacité de la photosynthèse

Et si nous pouvions faire ce que les plantes font pour produire de l'énergie, mais en mieux ?

Quels sont les intrants dont les plantes ont besoin pour pousser?


Quels sont les produits de la photosynthèse des plantes ?


Du point de vue d'un ingénieur, les plantes sont des machines qui transforment le CO₂, l'eau et l'énergie en sucres et en oxygène.

L'équation de la photosynthèse

Les chercheurs travaillent sur la photosynthèse artificielle, une technologie qui transforme directement l'eau, la lumière du soleil et l'air en H₂ et O₂, ou même en carburants similaires à ceux que nous utilisons aujourd'hui dans les voitures!

Si l'on enregistre bien des progrès, même les chercheurs qui travaillent sur ce sujet disent que la photosynthèse artificielle ne sera pas une technologie abordable dans un avenir proche, ni même dans 20 ans.

Le prix et le piège des batteries à hydrogène

Les batteries sont devenues moins chères!

En plus de l'innovation, une demande accrue a permis une économie d'échelle où les choses deviennent moins chères si nous en fabriquons plus.

Par exemple, pour produire un sac de chips, tu dois construire une ferme de pommes de terre et une usine de production de chips. Si ensuite tu fais 100 000 sacs de plus et que tu divises le coût initial entre eux, chaque sac sera moins cher !

Comme cela s'est déjà produit pour les batteries des voitures, l'hydrogène pourrait avoir du mal à rattraper son retard.

Conclusion

L'hydrogène pourrait remplacer les carburants à base de pétrole pour les avions et les bateaux, ce que les batteries ne peuvent pas faire.

Diminuer les coûts de la production, de la compression, du stockage et du transport de l'hydrogène pourrait avoir un impact énorme sur l'ensemble de l'écosystème énergétique et, en tant qu'effet secondaire, cela pourrait aider à éviter les 2% d'émissions mondiales liées à la production d'hydrogène aujourd'hui.

Nous avons besoin d'innovation !

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